本文關(guān)鍵詞：伸縮桿式兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬仿真及靜動態(tài)特性分析

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【摘要】：少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)得到了廣泛研究應(yīng)用,伸縮桿式兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)由動靜平臺和連接動靜平臺的3條支鏈組成,通過改變伸縮桿的長度,使動平臺能夠繞X、Y軸旋轉(zhuǎn)一定的角度,動平臺可以實(shí)現(xiàn)將空間任一平面旋轉(zhuǎn)到水平面上。本文對并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了以下研究： 首先,運(yùn)用螺旋理論對該伸縮桿式并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自由度分析,驗(yàn)證其能實(shí)現(xiàn)繞X、Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于伸縮桿是該機(jī)構(gòu)的重要部件,所以對其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究,主要研究了液壓式、直線電機(jī)式和電動推桿式結(jié)構(gòu)；由于直聯(lián)式電動推桿傳動精度高、空間尺寸小及結(jié)構(gòu)簡單,故選用直聯(lián)式電動推桿的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)被加工零件的尺寸及翻轉(zhuǎn)角度,確定相應(yīng)零部件的尺寸參數(shù)。 其次,使用Pro/E軟件對其零部件進(jìn)行三維實(shí)體建模,按照各零部件的相互關(guān)系對其虛擬裝配,得到整個(gè)并聯(lián)工作臺的實(shí)體模型。在Pro/E環(huán)境中對并聯(lián)工作臺實(shí)體模型進(jìn)行虛擬仿真,檢查各零部件之間有無干涉、尺寸是否合理,根據(jù)仿真結(jié)果對模型進(jìn)行修改、調(diào)整。通過運(yùn)動仿真,可觀察并聯(lián)工作臺的運(yùn)動過程,確定并聯(lián)工作臺的4種位姿,分別為水平位置、兩伸縮桿最長位置、兩伸縮桿最短位置和伸縮桿一長一短位置。 再次,對其進(jìn)行靜態(tài)特性研究,使用有限元方法建立結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型,使用ANSYS軟件分析并聯(lián)工作臺在不同極限位姿處承受鉆削負(fù)載時(shí)各零件的變形及應(yīng)力分布情況,獲得結(jié)構(gòu)的最大變形量及最大應(yīng)力值,經(jīng)驗(yàn)證其滿足材料的強(qiáng)度剛度要求,較薄弱環(huán)節(jié)主要為球鉸鏈處,因此需對其改進(jìn),加大鉸鏈球的直徑,同時(shí)可以適當(dāng)對其它變形及應(yīng)力較小的部件進(jìn)行改進(jìn)改進(jìn)以減輕整體機(jī)構(gòu)的重量。 最后,對其進(jìn)行動態(tài)特性的研究,使用有限元方法建立動力學(xué)模型,使用ANSYS軟件獲得其相應(yīng)的動態(tài)參數(shù)。首先通過對其進(jìn)行模態(tài)分析,可獲得并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同極限位置處的固有頻率和振型,獲得并聯(lián)工作臺在這些固有頻率下的振動特性,由結(jié)果可知?jiǎng)悠脚_在前三階頻率下和定長桿在四五六階頻率下的振幅較明顯,可對定長桿進(jìn)行改進(jìn),加粗其直徑,再次進(jìn)行分析得定長桿在四五六階頻率下的最大振幅減小,整個(gè)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性提高；其次對結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析,獲得動平臺在一定頻率范圍內(nèi)的幅頻曲線,由結(jié)果可確定并聯(lián)工作臺在工作過程中應(yīng)該避開70Hz及300.400Hz頻率范圍內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)機(jī)構(gòu) 伸縮桿 有限元方法 靜態(tài)特性 動態(tài)特性
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插圖索引10-11
• 附表索引11-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 本課題的研究背景及意義12-13
• 1.1.1 本課題的研究背景12-13
• 1.1.2 本課題的研究意義13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜力學(xué)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)研究現(xiàn)狀15
• 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容15-16
• 1.3.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)研究及虛擬仿真15-16
• 1.3.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜態(tài)特性的研究16
• 1.3.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)特性的研究16
• 1.4 本章小結(jié)16-18
• 第2章 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)研究18-32
• 2.1 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)及自由度18-20
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)18-19
• 2.1.2 自由度分析19-20
• 2.2 并聯(lián)工作臺的結(jié)構(gòu)布局20-24
• 2.2.1 液壓缸式伸縮桿20-21
• 2.2.2 圓筒直線電機(jī)式伸縮桿21-22
• 2.2.3 滾珠絲杠螺母伸縮桿22-24
• 2.3 并聯(lián)工作臺主要部件尺寸的研究確定24-31
• 2.3.1 滾珠絲杠的選用及校核24-29
• 2.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選型29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 并聯(lián)工作臺的虛擬仿真32-42
• 3.1 Pro/ENIGEER機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真概述32-33
• 3.1.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真特點(diǎn)32
• 3.1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真流程32-33
• 3.2 并聯(lián)工作臺零部件實(shí)體建模33-36
• 3.3 并聯(lián)工作臺虛擬仿真36-40
• 3.3.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型創(chuàng)建36-37
• 3.3.2 并聯(lián)工作臺機(jī)構(gòu)仿真37-38
• 3.3.3 結(jié)果分析38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第4章 并聯(lián)工作臺的靜態(tài)特性研究42-56
• 4.1 有限元法的基本思想42-43
• 4.2 有限元法的靜態(tài)特性研究43-48
• 4.2.1 有限元法理論基礎(chǔ)43-45
• 4.2.2 有限元法靜力分析基本過程45-48
• 4.3 并聯(lián)工作臺靜態(tài)特性研究48-54
• 4.3.1 ANSYS靜力學(xué)分析48-49
• 4.3.2 并聯(lián)工作臺有限元模型建立49-50
• 4.3.3 定義邊界條件并施加載荷50-51
• 4.3.4 求解并分析結(jié)果51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 并聯(lián)工作臺動態(tài)特性研究56-72
• 5.1 有限元法動態(tài)特性分析56-58
• 5.2 并聯(lián)工作臺模態(tài)分析58-68
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析原理58-59
• 5.2.2 并聯(lián)工作臺ANSYS模態(tài)分析59-66
• 5.2.3 模態(tài)分析結(jié)果66-68
• 5.3 并聯(lián)工作臺諧響應(yīng)分析68-71
• 5.3.1 諧響應(yīng)分析原理68-69
• 5.3.2 并聯(lián)工作臺ANSYS諧響應(yīng)分析69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論與展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄78

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：679661